南京理工大学泰州科技学院
作者：黄建军
1绪论
我国曾在上世纪90 年代进行过视力残疾状况的调查，结果显示，我国有视力残
疾患者近1400 万，其中盲人约就有620 万。从全国防盲技术指导组办公室得到的数据也显示[ 1] ，我国有550 万盲人，占世界盲人总数的1/5。随着人民生活水平的不断的进步，让生活变得越来越简单方便成为了人民普遍追求的生活理念。盲人既是我们
普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生理缺陷在日常生活
中比我们常人会遇到更多的不方便，不能准确及时的发现并躲避障碍物就是一个重要的弊端。如果有一种既轻巧，又便宜，同时又能及时的识别周围障碍物并发出报警信
号的智能拐杖在盲人的手中将会为盲人的生活提供极大地方便。
由于超声波的速度相对光速要小的多，其传播时间更加容易被检测，并且易于定
向的发射，方向性较好，强度可以控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。同
时随着计算机技术、自动化技术及工业机器人的不断出现，测距和识别技术在工业中
已经得到了普遍的运用与发展，如何把这种非接触式检测与识别技术应用到民用领域
已变得十分重要了。
1.1课题背景及意义
盲人既是我们普通人民中的一员，又是一个特殊群体，他们由于先天或后天的生
理缺陷在日常生活中比我们常人会遇到更多的不方便和安全隐患。本设计就是为了避免盲人在行走时与前方障碍相撞。
盲人导盲预警系统的运用可极大地减轻盲人的行走不便与安全隐患，降低且避免因盲人不辨障碍而导致的事故的发生，同时它将对提高人体智能化设计起到重要的意义。对超声波具有传播速度慢，指向性强，能级消耗缓慢，对色彩、光照度不敏感的
特点进行利用，同时因为超声波传感器结构相对简单、体积小、性价比高、信息处理
简单而且可靠，易于小型化和集成化，并且可以进行实时控制等特点。所以这一项技
术应用于导盲产品中将有广阔的发展前景。
1.2设计研究的内容
本设计中超声波测距的设计是根据蝙蝠依靠超声波进行夜间飞行捕食的能力和
原理，并且利用现在的单片机控制式超声测距系统，运用超声波一来一回确定目标位
置的原理，主要是通过超声波传感器发送和接受超声波，然后通过对比分析发射的波
与遇到障碍物后的回波信息，这样就完成了超声波导盲仪的数据采集部分。本设计系
统的单片机是使用AT89S52 芯片，主要运用的原理也是超声波测距方面的。通过组装和协调各个硬件完成该装置的硬件部分，该装置可以把盲人前方道路上遇到的一定范
围内的障碍物进行距离探测并且可以将障碍物距离盲人多少米转换成实时语音提示,通过语音提示盲人可以知道前方是否有障碍物，从而进行危险躲避。该系统有很多其
他产品所不具备的特点比如：电路结构简单，元器件价格便宜。电路的抗干扰性强。
因为盲人在夜晚行走时，行人和车辆不容易发现，可能对盲人的生命构成危险，所以
本设计还需要增加夜间灯光的设计。选择运用光敏电阻，通过检测周围环境的亮度就
相当于电阻灯光电路的通断开关, 并把提示灯的亮度转化为相对逻辑的红色警示闪光灯。用来提醒来往行人和车辆避让。另外还有快闪提示，当有快速物体靠近时，有相
应的语音提示。
1.3论文结构
第1 章本章主要介绍了设计超声波导盲拐杖的背景及意义。对设计研究的大致内容做了概述。
第2 章首先是超声波的概论以及测距原理的注意点，并提出了本设计的测距方案。
第3 章只要是系统的硬件部分首先提出设计思路然后画出硬件电路设计框架，然后详细的给出了硬件电路中使用了的各个模块关键元器件的说明。
第4 章智能语音导盲仪的软件设计，首先是说明软件是设计环境，然后给出软件
的编程流程图，然后准备编程进行程序的仿真。
第5 章是对系统调试的分析，通过理论数据与实际所得结果的对比得出误差，然
后就可以改正原来的系统从而进行改进。
第6 章结束语主要是介绍本次毕业设计中所遇到的困难，以及对自己所学专业的深刻认识。
2 超声波测距的工作原理及方案论证
2.1超声波概述
声音是自然界生物之间沟通交流的工具，声音在人类发展的初期就已经产生了，
在我们所存在的大千世界中存在着各种各样丰富多彩的声音。在科学的发展道路上，
声学早就是一个古老而又充满活力的学科。但是人的耳朵是听不到超声波信号的，大
概到了十八世纪，人们发现海豚、蝙蝠等生物的别具一格然后开始了研究，才发现自
然界存在一种波叫超声波。声波是一种机械波并且在液体、气体、固体中都是可以传
播的。按照声波的振动频率来划分，声波可以分为四种不同高低频率的波：频率范围
处于16kHz～20kHz 之间的机械振动波[ 2] ，定义为声波，人的耳朵可以听见；频率小于16kHz 的机械振动声波被称为次声波；频率高于20kHz 的机械震动声波被称为超声波；高于10MHz 的机械振动波被称为特超声波。
产生声波必须具备两个条件第一要有振动源的质点，第二要有传播声波的介质，
声波在某些条件下是不好传播的。另外单单具备以上两个条件也是不行的，质点振动
时还不能随波的移动而移动，而且质点只是在平衡点的上下进行机械波的振动，这就
和我们大学物理所学的电磁波的原理有点类似，但是区别也很大，比如电磁波也是一
种机械波，但是不需要要有固液气三种形态的物质进行传播，还有就是光波与声波也
是不一样的，光波既是粒子的又是机械的也是不需要传播介质的；电磁波的传播速度
和光的传播速度一样都是3×108m/s，然而超声波的传播速度只有340m/s，从速度上来看超声波的速度比电磁波的速度慢很多，根据波的理论原理两个相同频率的波，波长
短的可以提高超声波测距的分辨能力；超声波在同一种介质中的传播速度是一样的，
就是你只要传播的介质是相同的频率的不同是不会改变超声波的传播速度，波的波动方向是和质源振动的方向是相同的，所以说超声波是一种上下振动的弹性机械波，它
的传播必须要借助于介质分子的运动。
折射、反射、散射、衍射等物理现象一般发生在声波穿过两个不同介质的临界面。超声波也是一种声波所也具备也具备人耳能听到的可听波的性质。但是毕竟频率有所不同所以超声波总是有她的特别之处，与平常人耳所听到的波应该有不同的性质，比
如方向性很好不会随意的因为外因而改变方向，波的加速时间快，最显著的特点就是
其波长比较的短，最短的只有毫米的千分之一，足见与可听波相比，超声波确实有很
多特别的性质。
超声波传播特性—超声波的频率高所以波长就比较短，当超声波穿过障碍物时，障碍的大小尺寸应该比超声波的波长大很多，由此我们得出超声波穿过障碍物时衍射的将几乎不可能发生，超声波的传播也是定向直线传播除非传播的介质不是均匀的，
根据现在波学的理论，当波长越短时，波是很难发生衍射的，所以超声波在这方面拥
有其独特的一面。
超声波功率特性—当声音在空气中传播时，必然将带动空气中的分子或者微粒做着振源的上下周期性振动产生了做功。声波功率就是衡量声音做功快慢的物理量。科
学验证表明在同一频率下，声波的频率越高所产生的功率就越大。超声波的频率都是
大于20kHz，所以和普通的声波相比超声波的频率是很大的。
2.2超声波传感器
超声波传感器是根据超声波的特性研制而成的传感器，可用于发射和接受超声波，其既可以把超声波转换成其他形式的能量，也可以将其他形式的状态转换成超波
的存在形式。
运用超声波传感器的电路具备以下几方面的优点：
（1）测量的原理和方法简单，在电路中容易实现。
（2）测量的精确度高，能够准确的测出物体的距离。
（3）超声波传感器发出的超声波具有一定的范围，覆盖性广，因此测量时并不需要使用许多的传感器，因为每个传感器都是覆盖一定的范围，节约了成本。
2.3超声波测距中盲区及远限和近限
用往返时间检测法测量距离时，障碍物与超声波传感器间的距离既不能太远也不能太近，存在着距离测量的近限和远限。距离过远时，接收到的信号太弱，以致无法
从噪声信号中分辨出来，这是远限存在的原因[ 3] 。在距离过近时，接收信号将落进盲区中而无法分辨出来，这是近限所以存在的原因。所以，设计中要尽量减小盲区，同
时提高检测的距离精度。
减小盲区措施：
（1）压缩脉冲宽度—传输端采取降低振荡脉冲或单个脉冲的幅值的措施，降低了余震（拖尾），这种方法通常用于短距离的测量使用。
（2）采用自动距离增益控制—使用接受放大器必须具备自动增益控制的功能，这
样近距离所产生的增益将会变小，距离远时的增益又比较大，这样就可以使发射信号
的余震幅值变得小了，也可以分辨并接受近处的返回信号，当然就可以减少盲区了。
另外，也可以时测量远处障碍物时返回信号的幅值变大从而提高了距离测量的精度。
（3）信噪比问题—超声波测量的距离总是有上限的。接收信号的幅值决定了量程，返回信号的幅值必须要大于阈值。这阈值值决定信噪比，这个时候就需要对周围环境
的噪声就行频谱分析，尽量是使超声波的频率与周围噪声的频率不相同。
2.4超声波测距的方案
超声波测距和超声波检测所使用的方法是相同的。超声波测距大体上可以分为三种方法分别是声波幅值法、往返时间法、以及相位检测法。这三种方法当中相位发的
精确度是最高的，但这种方法的检测范围并不是很大，声波幅法的弊端在于容易被反
射波所影响，目前超声波测距这一快使用最多的方法是往返时间法。往返时间法的基
本原理就是在晓的声波的在某种介质中的传播速度，然后通过计算发射和接受信号分别遇到障碍物的时间差来求的障碍物的距离，原理图如图 2.1所示。
详细的来讲只要激励电路产生一个40kHz的激励脉冲给超声波传感器，再由传感器内部电路将其转换成机械能，机械振动然后通过空气分子的振动而传送出去，发射
的超声波信号在空气中时沿一条直线传播的，一旦超声波的信号遇到物体就会发生反射[ 4] 。传感器在接收到返回信号后再通过压电原理把声波转换成电压电流等电量信号。
传感器此时得到的电压信号还是比较微弱的，需要经过一个放大器方法后才可以被传感器的识别芯片所采集。
定时器
调制振荡脉冲超声波发射
控制
计时增益放大超声波接受
计算
传输
图2.1超声波测距原理图
超声波传感器使用发射头发射超声波，当超声波遇到障碍物时超声波就会返回，
然后用超声波接受头来接受超声波反射信号，因为超声波在均匀介质中的传播速度是
固定的，所以只要知道传播的时间就可以简单的算出障碍物的距离，因此本设计采用
双探头的方式。
声波是以纵波的形式在空气中传播的。当尺寸大于对目标物体的声波的波长将阻
止发生反射；反射波被人们称为回声。假设我们知道了超声波在某种介质中的传播速
度，并且我们可以通过测量知道超声波发射和接受所知道的时间，然后算出时间差就
得到了超声波传播的时间了，然后就可以算出障碍物的距离[ 5] 。这就是本设计超声波测距的原理。本设计的传输介质是空气，采用超声波来测距。
在室温下声波的传播速度为339m/s，传播介质是空气，超声波从发射开始到超声
波遇到障碍物返回并被接受的时间为t, 那么振源距离障碍物的距离可以由式（2.1）求得：
d 3 3 5 5(cm0 / s) t( s)式（2.1）
因为超声波所经过的路径是声源和障碍物之间的两倍，所以发射器距离障碍物的距离应该是d/2。
单探头方式就是超声波探头发射超声波，然后遇到障碍物后返回，接受返回信号
使用原来的发射探头。假设超声波探头与障碍物之间的距离为S，则测距如式（2.2）：
S 1
2
ct式（2.2）
式（2.2）中：S 是所测障碍物的距离， c 是超声波在均匀介质中的传播速度，t 是超声波从发射到被接受所使用的时间。从式（ 2.2）中可以看出，只要声音的传播速度已知，在测量出超声波的传播时间t 后就可以准备的计算出障碍物距离S。
2.5本章小结
本章对设计中用到的超声波技术进行了一个系统性的说明。包括对超声波的说
明，超声波传感器的优点，超声波测量中盲区及近限和远限，以及本次设计所要用到
的超声波测距技术的原理。
3 智能导盲仪硬件系统设计
3.1设计实现的功能
超声波测距是根据超声波在空气的传播速度恒定通过记录传播时间来求出距离
的。根据从发射超声波到接收到回波的时间和声音的速度在这个时候的传播速度，它
可以被用来计算该障碍物的距离。因为空气中的衰减，噪音和环境以及电路本身的超
声波传播具有一定的限制，测量的距离，障碍物限制距离的回波将不检测；在同一时
间，在接收用探头发射的超声波的效果，测量距离大于最小距离下，障碍物回声将无
法分辨信号和干扰信号之间的差值。系统所测量的障碍物的距离必须要在上下限范围
之内。当系统检测到一定范围的障碍物时，会发生警报和相应的语音提示。
语音播报模块主要是处理超声波返回信号，把模拟量转换成电量信号，然后通过
给单片脉冲，通过单片来实现语音播报的控制，从而实现危险提醒，也可以通过语音
播报模块的按键来实现实时的报距。
AT89S52 单片机在预警系统模快的作用就是作为开关来控制语音输出模块，还包括语音警报提示，夜间LED 闪烁灯光，让使用者在灯光比较暗的情况下也能确保行
路的安全。
稳压电源也是电路设计比较关键的部分，一个稳定的稳压电源电路可以使电路各
部分的运行都比较稳定，另外电源的稳定性也会使电路的安全和寿命得到保障。
3.2设计思路
智能导盲拐杖硬件电路设计是一项系统的工程，它涉及到许多方面，包括单片机、超声测距系统、开关控制系统、温湿度采集系统、声光报警系统、电源等的选择。在
开始设计之前，需要对这个设计模块之间的关系进行了解。更具实物要实现的功能，
需要把模块进行细节化，分析单个模块内部的引脚功能，本设计主要是以AT89S52单片机作为系统的控制系统，然后以此来控制各个模块运转，整个系统运用的是回波
法的测距原理，其结构框图如图 3.1 所示。
发射模块接受模块
控
制
系
统
蜂鸣器
数据显示图3.1智能导盲预警系统结构框图
3.3硬件电路设计
该系统由单片机，超声波发射和接收电路，显示电路，语音模块和光报警模块，
控制核心芯片。单片机在接收到传感器的信号后产生对应低电平使语音芯片开始工
作，语音芯片发出相应的振动提示或语音提示。本系统工作原理示意图如图 3.2 所示。
调试功能测试稳压电源
超声波检测单片机语音报距
快闪提示报警功能
图3.2系统工作原理示意图
本设计系统主要有以下几个模块：
（1）单片机控制模块
也就是单片机，是整个系统最智能的地方，也是整个系统的中央处理器，处理数
据的传输和分析
（2）超声换能模块
超声波的发射模块主要是由包括超声波的激励脉冲产生电路和超声波探头组成，
由单片机通过软件产生激励脉冲然后传送给超声波探头进行发送。回波信号电路由四大部分组成，分别是前置比例放大电路、程序控制的放大电路以及超声波的信号过滤
电路。一般还需要将超声波的回波信号转换成电量信号的电压，还需经过放大器对信
号进行放大处理然后通过滤波器的滤波后才能得到幅值和信噪比符合要求信号，只有这种经过处理后的信号才能被处理。
（3）电源模块
电源模块是为整个系统提供稳定的供电电源，使系统不会出现电源不稳定影响运行的现象。
（4）语音播报模块
主要是实时距离语音播报，快闪躲避的语音提醒。
（5）快闪检测模块
该模块是当一个物体快速接近超声波探头是，系统能够有躲避危险的语音提示。
3.4单片机主控模块
AT89S52 是一个高性能CMOS 的8 位存储单片机，拥有8K 字节的可编程闪存，并具有低功耗的特点，使用的是Atmel 国际公司高密度非丢失性存储器的制造技术，
引脚与采用同样技术的8031 和80C51 是完全兼容的，主要得益于所采用的制造工艺
的相同[6] 。片上的Flash 不仅可以把程序存储也可也对程序进行修改，并且他的程序
与我们平时所使用的编程器也是兼容的。在单一芯片上，具有8 位CPU 的系统内可编程Flash 与多变的AT89S52 提高了生产产品的灵活度，并超有效的解决了嵌入式控
制方案在电路中的应用。其具有以下标准功能：
8 K 字节的闪存、256 字节的RAM 、32 个I / O 线、看门狗定时器、2 个数据指针、3 个16 位定时器/计数器、1 个6 向量2 级中断结构、全双工串行口、片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52 单片机可在0Hz 的时候进行静态的逻辑运算，并且还可以支持两个软件可选性节约用电的模式。在空闲模式下，CPU 是停止工作的但是RAM 还是允许被访问的，像定时器、串口、中断脉冲等还是可以继续工作的。当单片机突然失去
电之后，单片机会才去保护措施，自动保存RAM 的内容，并且停止振荡器的工作，单片机的所有运转在没有电能的情况下将被停止，知道单片机接受到下一个中断脉冲信号或者是按了复位电路，不然单片机就会保持现有的状态。AT89S52 引脚如图3.3所示。
图3.3AT89S52 引脚图
引脚说明
（1）P0 口：P0 口是一个8 位漏极开路的双向I/O 口。作为输出口，每位都能驱动8 个TTL 逻辑电平。在P0 端口写“1”时，该引脚用为高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也可以被用作低8 位地址/数据的复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻的特性。在使用Flash 编程时，P0 口也被用来接收指令字节；并且能在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻的帮助。
（2）P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 的输出缓冲器能同时驱动4 个TTL 逻辑电平。P1 口，写“ 1 ”时，内部上拉电阻拉端口，它可以被用作输入。作为输入时，引脚被外部拉低的原因是由于内部电阻或者输出电流。
此外，P1.0 和P1.1 还可以分别作定时器/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在编程和校验的时候，端口接收低8 位地址字节。
引脚号第二功能：
P1.0 T2（定时器/计数器T2 的外部计数输入），时钟输出。
P1.1 T2EX（定时器/计数器T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制）。
P1.5 MOSI（在系统编程用）。
P1.6 MISO（在系统编程用）。
P1.7 SCK（在系统编程用）。
（3）P2 口：P2 口也是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口的输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口，那么你可以使用作为输入端口。当被作为输入时，外部向下引线由于内部电阻和输出电流。
当访问外部程序存储器或读取外部数据存储器（如执行）与位地址，端口发送高八地
址。在这种应用中，P2 口必须使用很强的内部上拉电阻来发送1。在使用8 位地址（如MOVX @RI ）访问外部数据存储器时，P2 口输出P2 锁存器的内容。在Flash 编程和校验时，P2 口也能够接收高8 位地址字节和一些控制信号的程序。
（4）P3 口：是一个具有内部上拉电阻的位双向口，输出缓冲器能驱动 4 个逻辑电平。端口写“1”时，内部上拉电阻把端口，那么你可以使用作为输入端口。当作
为输入，外部向下引线由于内部电阻和输出电流。P3 口亦作为AT89S52 特殊功能（第二功能）使用。Flash 编程和验证，P3 还接收一些控制信号。
端口引脚第二功能：P3.0 RXD（串行输入口）、P3.1 TXD（串行输出口）、P3.2 INTO （外中断0）、P3.3 INT1（外中断1）、P3.4 TO（定时/计数器0）、P3.5 T1（定时/计数器1）、P3.6 WR（外部数据存储器写选通）、P3.7 RD（外部数据存储器读选通）。另外，P3 还接收一些控制信号的Flash 编程和验证。
（5）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 的引脚会发出至少两个周期以上
的高电平来使单片发生复位。
（6）ALE/PROG ：当访问外部存储器时，ALE （地址锁存使能）引脚输出脉冲的低8 位字节锁存地址。一般情况下，ALE 将会以时钟振荡频率的1/6 来输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存
储器时将跳过一个ALE 脉冲。存储器编程的时候，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC 指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。
（7）PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当
AT89S52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，两个PSEN 每个机器周期，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。
（8 ）EA/VPP ：外部访问允许，欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA 端状态。EA 端为高电平（VCC 接端）, CPU 正在执行。当闪存编程，加上销电源允许编程，当然，这必须是一个的编程电压的装置。
（9）XTAL1 ：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
（10）XTAL2 ：振荡器反相放大器的输出端。
本次设计是以AT89S52 作为控制模块加上其他的一些外部电路所组成，其最小系统如图3.4 所示，是这个导盲仪的核心控制部分。AT89S52 是一个高性能CMOS 的8位存储单片机，拥有8K 字节的可编程闪存，并具有低功耗的特点[7] 。采用Atmel 的高密度非易失性存储器技术制造，与工业产品订单和引脚完全兼容。片上的Flash 不仅可以把程序存储也可也对程序进行修改，并且他的程序与我们平时所使用的编程器
也是兼容的。在单一芯片上，具有8 位CPU 的系统内可编程Flash 与多变的AT89S52提高了生产产品的灵活度，并超有效的解决了嵌入式控制方案在电路中的应用。
U1VCC P1
K1 C2C1
10u
VCC
R3
10k
2
Y1
P10
P11
P12
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P14
P15
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P17
rst
P30
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P35
P36
P37
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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20
P10
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RE ST
P30
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P36
P37
XT AL2
XT AL1
GND
VCC
P00
P01
P02
P03
P04
P05
P06
P07
EA/VPP
AL E/PROG
PSEN
P27
P26
P25
P24
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P20
40
39
38
37
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32
31
30
29
28
27
26
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24
23
22
21
P00
P01
P02
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
Header9
VCC
XT AL AT 89S52
1
C3
图3.4单片机电路结构
AT89S52 单片机的RST 引脚需要接两个周期的高电平并且这些高点必须是持续
不断的，此时单片内部就执行着复位的指令。如果发现单片机的这个引脚一直是处于
高电平的状态，则表示单片机一直处于复位不断循环的状态。
在实际的使用中，单片机的复位操作有两种形式：第一种是上电复位，第二种就
是按键与上电组个的复位指令，在外部请求打开电源就执行复位的指令。此时RST 的引脚就会很快得到一个高电平，此时电容C1 就会充电，电容两边就有电压，所以
慢慢的RST 引脚上的电压将会一点点的下降直到平衡。
RST 引脚的高电平是有一定的保持时间的，一般最长为 2 个机器周期，在高电平消失后单片机就可以进行复位操作了。复位电路的目的就是在需要电路复位时能够及时的复位，从而修正之前的错误，确保电路的正常循环，如图 3.5 所示。
图3.5 复位电路
3.5超声波换能模块
就目前世界上对测距这一领域主要运用的手段有激光、毫米波雷达、摄像系统、
红外线、超声波等一些测距技术，使用不同的测距技术所涉及的原理和方法也是不相
同的，但是又有一点是相同的都必须要有一个发射和接受回波的过程。下面是各个测
距技术性能之间的比较如表 3.1 所示。
表3.1各传感器性能比较
超声波红外线摄像系统毫米波雷达激光
最大探测距离10m10m大于100m大于150m可达到
150m
响应时间较快约为
15ms 慢1 10 3 ms取决于处理时
间
快可达到1ms较快约
10ms
探头磨损，污
染等因素的
影响几乎没有影响影响不大
大，直接影响
分辨能力较小
很大，使探
测距离减
小1/2～1/3
成本比较探头约一支20
元，工作机理
简单，探头易
安装
约80 元大于1000 元
大于1500 元
价格昂贵，结
构复杂
约500 元
环境适应性好，可以在恶
劣环中工作
差，但在能见
度低时比其他
光学系统好
差，可见性不
好条件下无法
工作
较好，不受能
见度影响
差，受恶劣
环境影响
通过表3.1 的数据我们可以对各种测距技术进行比较，可以看出本设计使用超声
波设计方案是最简单实用的，并且我们还需要在超声波技术上进行系统的简化和改
正。
根据发射和接收超声换能器是否同体，可以把超声波换能器分为收发同体和收发
分体两种形式。收发同体其实就是超声波的发射和接受都是同一个传感器完成的，探
头能发射超声波，亦也能接受超声波；收发分体是指超声波的发射和超声波的接受使
用的不是同一个探头。为了是电路设计简单化，考虑到电路设计的成本本次设计采用
的超声波模块是HY-SRF05，图3.6 所示为超声波的超声波测距模块的实物图。
图3.6 HY-SRF05 超声波测距模块实物图
HY-SRF05 超声波测距模块可以非接触式的测量距离在2cm～450cm以内的物体，精度可达到3mm，模块包括一个超声波接收和一个发送控制电路。几个引脚的功能各自是VCC 接5V 电源，GND 是接地的，TEING 是通过触发来控制信号的输入，ECHO 的功能是回想信号的输出[ 8] 。
基本工作原理
（1）采用I/O 端口TRIG 触发方式，最少要给予10us的高电平信号。
（2) 发射探头能都自动的发射8 个的40kHz 的方波信号，并通过接受探头自动检测是否返回。
（3）有信号发射或接受时，通过I/O 口的ECHO 端口输出高电平，超声波从发射到返回所使用的时间就是高电平连续工作的时间[ 9] 。
下面介绍的是一种压电陶瓷式收发同体超声波传感器。其中心频率为40kHz，10V 的发射电压，在大气压是0dB=0.02m/Pa 的条件下是≥95dB；40kHz 中心频率是在接
收灵敏度之内的，在大气压是0dB=10V/pa 的条件下是≥-65dB；静电容量为1260pF～2340pF；探测距离为0.2m～3m；-6dB 下的指向角为60°。这种压电收发同体的声压方位发射特性图如图 3.7 所示。
图3.7发射声压方位特性图
HY-SRF05 型超声波集成模块的工作电压为5V ，而且此模块的静态工作电流是小于2mA 的，工作时候相对稳定。测量角度为15°，减少了可能存在的角度干扰问题。这个超声波模块能够进行 2 cm～5 m 的测距，基本上符合本设计的要求，并且测量精度也比较的高可用达到0.3cm，盲区仅为2cm，完全可以能够满足本设计的测距要求，测距的时候数据的波动也比较小，很稳定[ 10] 。在I/O 触发位置，需要给至少给我们一个10us高电平信号。HY-SRF05 电气参数如表 3.2 所示。
表3.2HY-SR05 电气参数
电气参数HY-SRF05
工作的电压DC 5V
工作电流15mA
工作频率40Hz
最远射程 4.5m
最近射程2cm
测量角度15°
输入触发信号10us 的TTL 脉冲
输出回响信号输出TTL 电平信号，和发射距离成正比
规格尺寸45*20*15mm
超声波传感器需要换能电路来实现功率驱动。超声波的发射器也需要一定的脉冲信号，采用激励就可以解决脉冲的问题。根据本设计的设计需要发射电路需要满足一
定的要求。
（1）振荡电路振荡频率可调
40kHz 的脉冲由振荡电路产生，然后这个脉冲再提供给超声波传感器。
当加载频率相同的超声波传感器信号频率以共振频率，效率高，电能转化为机
械能的机械声波。
（2）驱动能力较高
超声波发射器需要功率足够大的脉冲信号，这个脉冲由驱动电路产生。当脉冲信
号产生后，我们还需要注意的是脉冲的宽度、功率以及它的频率都是固定的否则很有
可能不能去动发射器，再由发射器将所受到的脉冲电量转换成机械波，能量的转换是
成了机械能。
（3）I/O 口控制
超声波换能器的驱动主要是靠功率驱动电路来对进行功率驱动的，驱动放大电路经过足够大功率放大之后，才能推动超声波换能器发射超声波。
在空气中传播是超声波的能量会随着距离的变远而出现衰落，经过目标反射回来的超声波的回波信号弱，如果物体的距离比较的远那么波的衰减可能只有毫伏级了，
有的甚至只有微伏级。因此，为了提高超声波测距系统的范围，需要的驱动电路。所
以目前需要解决接受信号微弱问题，接受电路需要把能量微弱的信号经过放大后然后
整形滤波。
此超声波测距模块可以非接触式的测量距离在2cm～450cm 以内的物体，精度可达到3mm。
模基本工作原理：
（1）采用由I/O 口TRIG 的触发方式来测距，至少给I/O 提供10us 的高电触发平信号；
（2）超声波模块会自动发送8 个40kHz 方波用来自动检测是否有一个回波信号返回；
（3）当超声波探头接受到回波信号时，通过I/O 口ECH0 输出一个高电平，高电平脉冲持续的时间就与超声波发出后到接受到的时间是相等的。根据已知的数据超声波发出地到障碍物距离=（高电平时间声速）/ 2。
3.6语音播报模块设计
由于导盲仪的使用者主要是盲人，所以我们比必须采取语音提示的形式来帮助盲人行走。盲人可以通过按按钮来使导盲仪实时报距，当有快速问题接近时也有对应的
语音提示躲避。
如图3.8 所示语音芯片采用ISD4004 中文录播语音芯片。该芯片继承ISD4004 语音芯片的一些优点：比如采用最小SSOP28L 贴片封装、I/O 接口比较简单、功耗非常的低、音色比较清楚悦耳、价格比较低廉；除此之外，在语音合成效果上，ISD4004能够准确、智能化地识别文字、数字、较长的字符串。正是因为其合成语音清晰和文
字的识别率高的特点也算代表语音芯片智能化的新起点，是一种值得广泛应用的中文语音芯片，尤其在国内中高端市场是值得开发的。所以ISD4004 语音芯片的研制成功，将会推动整个TTS 语音合成技术行业的发展和更广的行业应用。
图3.8ISD4004 中文语音芯片引脚图
引脚定义
1，3 引脚接在总线模块0 的电源负极；2 引脚接在总线模块0 的电源正极；低电平时芯片将不被使用，表明芯片忙时可以通过主机接收命令和数据发送高电平，表示
正在进行的语音合成和广播；Res引脚接5 引脚；6 引脚接在总线模块 1 的电源正极；
7 引脚接在总线模块 1 的电源负极；语音输出模块电源接负极8，12 引脚；语音输出模块电源正极接10 引脚；9 引脚接推送DAC 语音输出1。
其功能特点
（1）支持GB2312、GBK 、BIG5 和UNICODE 内码格式的文本；
（2）清楚、流利、准确地把中文进行语音合成；任意的中文文本也可合成语音，
支持多个英文字母的合成；
（3）文本分析处理算法才用的是智能化，能够准确的读进数字，手机号码，日
期和时间，简单的一些度量衡也是可以识别的；
（4）对于中文中的多音字和一些姓氏的处理能力是非常强的；
（5）支持多种类型的文本控制标识，提升文本中文字的处理正确率；
（6）每次文本量的合成最多能够达到200 字节；
（7）支持多种控制命令，主要包括：暂停合成、合成、继续合成、停止、改变
波特率大小等；
（8）支持休眠功能，当芯片不需要完成任务是可以休眠从而降低功耗；支持芯
片工作状态可以用多种方式查询到；
（9）支持串行数据通信接口，支持三种通讯形式的波特率：9600bps，19200bps，38400bps；
（10）支持16 级音量调整；对于背景音乐的音量和文本前景的音量都是可以调
节的，并且二者是可以独立控制的；
（11）支持6 级词语语速调整，可使用发送控制指令调节词语的播报速度；
（12）芯片内部储存了一些音乐资料，比如和弦音乐、一些简单的提示语和运用
到某些特定行业的常见语音表达句；
（13）内部存储19 首声音提示音，15 首比较经典的背景音乐，23 首和弦提示音乐；
（14）内置10 字节推挽式（push-pull）、可使用独立电源进行功放，实现数模DAC 输出；
（15）实际元器件使用SSOP贴片封装形式，体积与同类相比较小；
（16）芯片各项指标均满足室外严酷环境下的应用；
根据本设计方案要求和语音芯片的各项特性，语音模块电路连接如图 3.9 所示。
PLAY RECORD 1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
VCC
SS
MOSI
MISO
SCLK
INT
RAC
9
8
7
6
5
4
3
2 CON5
1
9口图3.9 语音模块电路连接
3.7灯光示警模块设计
示警方式一般是用灯光示警，用闪动的指示灯来警告人们有一定的危险；然后使用声音示警，发出语音提示或警告提醒路人也提醒自己；在选择警示电路时，本着使
硬件电路结构简单，编程方便的思想。本次设计除了语音警示外还加入了使用光作为开关控制LED 灯示警系统，体现了以人为本的思想，主要是为了在晚上是提醒过路的行人注意躲避盲人以免造成交通事故。光敏电阻就相当于预警等的开关，当晚上光线变暗时，光敏电阻就会变小光控电路系统就会导通，给警示灯供电使灯变亮。光线采集电路如图 3.10 所示。
V CC
R 4
1 0 0k
P1 6U 4
C S
C H0
V CC
C LK
V CC
P1 5
R 5光
C H1
G ND
08 3 2
D 0
D 1
P1 4
*
图3.10光控制电路原理图
3.8 LCD 显示模块设计
LCD1602 最佳工作电压是在5V 左右，有数据位8 个：接电源端、接地端、数据
读写端、数据命令选择端。在本次设计中，数据端D0～D7 是和单片机的P2 口连接。基本操作时序是1。在读数据状态时输入RS=L，RW=H，E=H，写数据时输入RS=H，RW=L 。同时在与单片机连接运行过程中要进行上电保护对其进行初始化。显示电路
如图3.11。
Design of ultrasonic wave guide device Abstract：This article recommends a device of ultrasonic wave guide which is designed to adopt AT89C51 single-chip microprocessor computer as controller and apply the principle of ultrasonic distance measuring. The device can detect the distance between the blind and an obstruction in the road ahead and convert the message to a sound reminder .According to frequency variation of the reminding sound，it will enable the blind to judge whether there is an obstruction and the distance from the obstruction then accomplish the purpose of guiding the blind. Key words：Ultrasonic wave ；Single-chip microprocessor ；Guiding the blind 摘要：采用AT89C51单片机作为控制器，运用超声测距原理，设计了一种超声波导盲装置。该装置可以对盲人前面道路上障碍物进行距离探测并把障碍物距离信息转换成声音提示，盲人可以依照提示声音频率变化来判断有无障碍物及离障碍物距离，达到导盲作用。 核心词：超声波；单片机；导盲 1 引言 盲人在独自行走时重要依托导盲装置。最简朴惯用装置是普通手杖，用它在地面上敲击，可协助盲人发现0.5米以内障碍物。它重要缺陷是不能发现较远一点障碍物以及空中突出障碍物。例如，在相称于头部、胸位置悬挂或突出物体。此外，盲人还可以运用导盲犬带路，但是不易训练且成本较高。为了更好协助盲人行走，许多国家都研究和生产了各种
目录 1 前言（绪论） (2) 2 总体方案设计 (3) 2.1方案比较4 2.1.1方案一：长期寿命测试 (4) 2.1.2方案二：加速（短期）寿命测试 (4) 2.2方案论证4 3 单元模块设计 (5) 3.1各单元模块功能介绍及电路设计5 3.1.1热阻( Rθ ) 的测量 (5) 3.1.2结温测量 (6) 3.1.3光通量的测量 (7) 3.1.4串口电路的设计 (8) 3.1.5温度控制和报警电路设计 (9) 3.1.6 过零触发电路设计 (9) 3.2电路参数的计算及元器件10 3.2.1 LED灯常用电路参数 (10) 3.2.2电学特性 (10) 3.3特殊器件的介绍13 3.3.1 ADM3251E (13) 3.3.2 ADUC848 (14) 3.3.3 555芯片 (15) 3.4各单元模块的联接17 4 软件设计 (18) 4.1 PROTEL99 SE简介18 4.2软件设计结构及功能18 5 系统调试 (19) 6 系统功能及指标参数 (20) 6.1说明系统能实现的功能20 6.2系统指标参数测试及测试方法说明20 6.2.1失效时间和失效数的确定 (20) 6.2.2 数据处理方法 (22) 6.3系统功能及指标参数分析22 7 结论 (23) 8 总结与体会 (24) 9 参考文献 (25) 附录1：相关设计图 (26) 附录2：元器件清单表 (27) 附录3：相关设计软件 (28)
1 前言（绪论） 1986 年，在蓝宝石基底上沉积高品质GaN 晶体获得成功，并且在1993 年开发出了高亮度蓝光发光二极管( LEDs) 。至今，人们仍在对高亮度蓝光 LED 进行不断地完善。在 1996 年，开发出了采用蓝光 LED 与黄色荧光粉相结合发出白光的 LED 产品并将其商业化[1]。21 世纪照明 METI 国家(Akari) 项目是一项基于高效率白光 LED 照明技术的工程，它利用的是近紫外线 LED 与荧光粉系统相结合的方法，该项目于1998 年启动，其第一阶段的项目已于 2004 年完成。 作为电子元器件，发光二极管（Light Emitting Diode-LED）已出现40多年，但长久以来，受到发光效率和亮度的限制，仅为指示灯所采用，直到上世纪末突破了技术瓶颈，生产出高亮度高效率的LED和兰光LED，使其应用围扩展到信号灯、城市夜景工程、全彩屏等，提供了作为照明光源的可能性。随着LED应用围的加大，提高LED可靠性具有更加重要的意义。LED具有高可靠性和长寿命的优点，在实际生产研发过程中，需要通过寿命试验对LED芯片的可靠性水平进行评价，并通过质量反馈来提高LED芯片的可靠性水平，以保证LED芯片质量，为此我司在实现全色系LED产业化的同时，开发了LED芯片寿命试验的条件、方法、手段和装置等，以提高寿命试验的科学性和结果的准确性。 近些年来，LED 照明因具有许多优点，例如长寿命、低能耗、体积小等而非常有吸引力。最早 LED 只是被用来替换小型白炽灯充当指示器。在其光效有所提高后，LED 被应用于显示器中。随着其光效和总光通量的进一步改善，LED 开始被应用于日常照明领域。对于普通照明设备而言, LED 有限的光通量是一个难以解决的问题。要想获得高光通量就需要有高密度基底和大的工作电流。这将导致LED 产生热量、温度升高, 损坏LED 模块。 随着LED生产技术水平的提高，产品的寿命和可靠性大为改观，LED的理论寿命为10万小时，如果仍采用常规的正常额定应力下的寿命试验，很难对产品的寿命和可靠性做出较为客观的评价，而我们试验的主要目的是，通过寿命试验掌握LED芯片光输出衰减状况，进而推断其寿命。 本设计介绍了LED芯片寿命试验过程，提出了寿命试验条件，完善的试验方案，消除可能影响寿命试验结果准确性的因素，保证了寿命试验结果的客观性和准确性。采用科学的试验线路和连接方式，使寿命试验台不但操作简便、安全，而且试验容量大。
(1) 电子系统设计的发展主要受以下两个技术的推动： 微电子技术——使得硅片单位面积上集成的晶体管数目越来越多。 计算机技术——软硬件技术的发展推动EDA技术的发展。 (2) 集成电路设计都是从器件的物理版图设计入手 EDA技术发展的推动 (3) 出现集成电路单元库，集成电路设计进入逻辑级，极大地推动IC产业的发展。 电子系统是IC之间通过PCB板等技术进行互联来构成的。PCB板上IC芯片之间连线的延时、PCB板的可靠性、PCB板的尺寸等因素，会对系统的整体性能造成很大的限制。 由IC互联构成的嵌入式系统设计 (4) IC互联构成的系统 (设计和工艺EDA技术 ) SOC——片上系统 SOC是指将一个完整产品的功能集成在一个芯片上或芯片组上。 SOC从系统的整体角度出发，以IP (Intellectual property)核为基础，以硬件描述语言作为系统功能和结构的描述手段，借助于以计算机为平台的EDA工具进行开发。由于SOC设计能够综合、全盘考虑整个系统的情况，因而可以实现更高的系统性能。SOC的出现是电子系统设计领域内的一场革命，其影响将是深远和广泛的。 由SOC构成嵌入式系统设计:
IC：集成电路。 ASIC：专用集成电路。 通用集成电路：FPGA、CPLD等。 SOC：属于专用集成电路。 （1）SOC： 它是指将一个完整产品的各功能集成在一个芯片中，可以包括有CPU、存储器、硬 件加速单元（AV处理器、DSP、浮点协处理器等）、通用I/O（GPIO）、UART接口和模 数混合电路（放大器、比较器、A/D、D/A、射频电路、锁相环等），甚至延伸到传感器、 微机电和微光电单元。（如果把CPU看成是大脑，则SOC就是包括大脑、心脏、眼睛和 手的系统。） SOC系统的构建一个重要特性： 使用可重用的IP来构建系统。可以缩短产品的开发周期，降低开发的复杂度。可重 复利用的IP包括元件库、宏及特殊的专用IP等，如通信接口IP、输入输出接口IP；各家 开发商开发的微处理器IP，如ARM公司的RISC架构的ARM核。SOC嵌入式系统就是微 处理器的IP再加上一些外围IP整合而成的。SOC以嵌入式系统为核心，集软、硬件于一体，并追求最高的集成度，是电子系统设计追求的必然趋势和最终目标，是现代电子系统 设计的最佳方案。SOC是一种系统集成芯片，其系统功能可以完全由硬件完成，也可以由 硬件和软件协同完成。目前的SOC主要指后者。 SOC存在的问题： SoC初衷很好，但现实中却缺乏好的解决方案。由于是基于ASIC实现SoC系统，设 计周期长、费用高昂、成功率不高而且产品不能修改显得系统的灵活性差，往往使得学术 科研机构、中小企业难以承受。但是SoC以系统为中心、基于IP核的多层次、高度复用，可实现软硬件的无缝结合，综合性高。 （2）片上可编程系统(SoPC—System on a Programmable Chip)
单位代码01 学号090102108 分类号TN21 密级 文献综述 智能光电导盲仪综述 院（系）名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名敖亚磊 指导教师董雪峰 2013年3月1日
智能光电导盲仪综述 摘要 据国家权威部门统计，中国是世界盲人最多的国家，约占世界盲人的18%，随着社会的发展，政府越来越关心残障人士。 残疾人是社会中主要的弱势群体，他们要面对更多的困难和压力。近些年来，社会和政府越来越关注弱势群体，给予盲人的关怀也越来越多。盲人在独自行走时主要依靠导盲装置。最简单常用的装置是普通的手杖，用它在地面上敲击，可帮助盲人发现0.5米以内的障碍物。它的主要缺点是不能发现较远一点的障碍物以及空中突出的障碍物。例如，在相当于头部、胸的位置悬挂或突出的物体。另外，盲人还可以利用导盲犬带路，但是不易训练且成本较高。为了更好的帮助盲人行走, 许多国家都研究和生产了各种电子导盲装置，但大多成本较高，如各类导盲机器人及其它电子装置。本文提出了一种用单片机开发的超声波导盲装置的设计方案，它具有低成本、实用和精确的特点。 关键词：智能光电，导盲仪，单片机，红外测距，超声波测距。
0 课题背景 随着改革开放的深入，医疗器械行业得到了突飞猛进的发展。而辅助器具技术正在我国悄然兴起。但总体来看，辅具高端产品主要被国外公司垄断，我国具有自主知识产权的产品较少。在残疾人辅助器具中，肢体残疾类品种及数量较多，但盲人辅助器具品种及数量较少。 光电信息技术的发展，有利地推动着光电检测、光电传感、物联网等领域的发展与进步。传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段，智能光电传感器是当今国际科技界研究的热点。传统的导盲手杖安全性不高，导盲犬数量少价格昂贵，普及率低。以光电技术为核心的导盲机器人、超声波、无线电、红外线、卫星等导盲系统、盲人电子眼镜等现代化导盲仪是盲人亟待用品。需要我们学电子专业的学生努力开发的应用装置。 1课题目的和意义 众所周知眼晴是“心灵之窗”，而对于盲人来说，不但在衣食住存在诸多不便，而且在外出时会遇到更大的困难。如何安全行走是盲人最大的问题。随着光电技术的不断发展，为新型、实用、智能的电子导盲产品的制作提供了更为新颖的设计方法。 盲人是一个特殊群体，关注盲人服务盲人是全社会的一项公益事业，盲人的生活也越来越受到关注。相对于传统的导盲手段，目前，导盲市场正从单一化向多元化方向发展。相对于导盲犬的昂贵和导盲杖的单一功能，高科技智能化的导盲仪是盲人最佳的选择。 目前，智能导盲仪并没有在中国形成市场，在中国市场上只有少数盲人通过进口购买新西兰凯式超声波智能导盲仪，该产品虽性能高但价格极其昂贵，约8000元人民币，不是盲人这个特殊群体可消费得起的产品。国内市场上也有一些相关产品，如盲杖，导盲犬等，这些产品对盲人的帮助并不很理想，导盲犬由于训练困难，价格昂贵，很难普及。 随着光电技术的迅猛发展，尤其是光探测技术以及光信息处理技术的完善，设计出高效，实用的光电导盲器已水到渠成。
电子电路设计论文 ——8位抢答器智能系统 一、前言 在电子科学技术高速发展的今天，高科技产品越来越多的应用在我们的日常生活中，每时每秒我们都能感受到产品的更新换代产品乃至技术革新的日新月异都让人对以相信。像日常我们工作所用到的电脑、手机等等，这些高科技产品给我们带来了极大的方便，但这要归功于科学技术的高速发展。 二、设计目的与要求 1 .设计目的 通过课程设计，对数字逻辑的基本内容有进一步的了解，特别是时序逻辑电路的设计。能把上学期学到的数字逻辑理论知识进行实践，操作。在提高动手能力的同时对常用的集成芯片有一定的了解，在电路设计方面有感性的认识。而且在进行电路设计的时候遇到问题，通过独立的思考有利于提高解决问题的能力。在经过课程设计后，更明白数字逻辑电路设计的一般方法，以及在遇到困难怎么排除问题。 2. 设计要求 8设计要求包括： 1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。 三、电路原理、设计思路、设计方案 （一）工作原理及设计方案 抢答器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的号码，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显
课程设计实践报告 一、课程设计的性质、目的与作用 本次电子系统设计实践课程参照全国大学生电子设计模式，要求学生综合利用所学的有关知识，在教师的指导下，分析和熟悉已给题目，然后设计系统方案、画原理图及PCB、软件编程，并做出课程设计报告。因此，在设计中，要求学生应该全面考虑各个设计环节以及它们之间的相互联系，在设计思路上不框定和约束同学们的思维，同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。 本课程设计的目的是为了让学生能够全面了解电子电路应用系统的整个设计过程，逐步掌握系统开发的以下相关技术： (1)熟悉系统设计概念； (2)利用所学数电、模拟电路知识，设计电路图； (3)利用PROTEL软件画原理图及PCB； (4)熟悉系统项目设计报告填写知识； （5）培养团队合作意识。 通过本课程设计，有助于学生更好地了解整个课程的知识体系，锻炼学生实际设计能力、分析和思考能力，使其理论与实践相结合，从而为后续课程的学习、毕业设计环节以及将来的实际工作打好坚实的基础。 二、课程设计的具体内容 电子系统设计实践课程就是锻炼学生系统设计、分析和思考能力，全面运用课程所学知识，发挥自己的创造性，全面提高系统及电路设计、原理图及PCB 绘画等硬件水平和实际应用能力，从而体现出电子系统设计的真谛。下面是各个设计阶段的具体内容。 1．系统方案认识 根据所设定的题目，能够给出系统设计方案与思路
题目：信号发生器产生电路，请设计一个能产生正弦波、方波及三角波电路，并制作原理图，然后阐述其原理。 基本原理： 系统框图如图1所示。 图1 低频信号发生器系统框图 低频信号发生器系统主要由CPU、D/A转换电路、基准电压电路、电流/电 压转换电路、按键和波形指示电路、电源等电路组成。 其工作原理为当分别按下四个按键中的任一个按键就会分别出现方波、锯齿 波、三角波、正弦波，并且有四个发光二极管分别作为不同的波形指示灯。2、各部分电路原理 (1)DAC0832芯片原理 ①管脚功能介绍（如图5所示） 图5 DAC0832管脚图 1) DI7～DI0：8位的数据输入端，DI7为最高位。
电子系统综合设计 方案设计
1引言 温控仪是调控一体化智能温度控制仪表，它采用了全数字化集成设计，具有温度曲线可编程或定点恒温控制、多重PID调节、输出功率限幅曲线编程、手动/自动切换、软启动、报警开关量输出、实时数据查询、与计算机通讯等功能，将数显温度仪表和ZK晶闸管电压调整器合二为一，集温度测量、调节、驱动于一体，仪表直接输出晶闸管触发信号，可驱动各类晶闸管负载。YWK-CT温度控制器采用智能PID控制，当通过热电偶（热电阻）采集的被测温度偏离所希望的给定值时，YWK-CT温度控制器可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而控制继电器通断比率，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果；控制器还具有上、下限温度告警和继电器输出功能，性价比高，可广泛用于电力、化工、注塑、包装、食品等企业。此次设计温控仪主要想用温度传感器采集当前温度，在数码管上显示。通过这次课程设计锻炼我们的单片机应用能力以及对电子设备的实际操作能力，也可以说是为最后的毕业设计做铺垫。希望通过这次设计，能让自己对电子设计有更清晰的概念，而不是纸上谈兵。能够让所学与实际相结合。 2 系统设计 2.1总体方案设计
温控仪电路原理图
2.1.3总体电路图 2.1.4温控仪设计文字说明 温度传感器输出为电阻值，经信号调理电路得到电压值，再经AD转换电路实现数模转换。由单片机控制显示管输出。除此，可设置预置温度，通过单片机外部中断，用按键控制预置温度。当实际温度高于预置温度，红灯亮，蜂鸣器响；低于时，则绿灯亮。 A/D采集电路: 启动、等待、采集数据。单片机电路：最小系统。键盘及显示电路：键盘数据输入和温度显示。输出控制电路：I/O驱动、继电器、指示灯、负载。 2.2总体设计要求 主要技术指标 （1）温度范围为：-20 ℃～ +100℃， 最小区分度为1℃，标定温度≤ 1℃； （2）温度采样时间：500ms ～1min (可调)；
一、选择题 1、蓝色发光二极管正常工作时，其二端电压大约等于（） A、1V B、2V C、3V D、4V 2、二极管由于省电，长寿，鲜艳而常被用来作指示，以下哪个工作电流是合适的？（） A、0.5mA B、5mA C、50mA D、500mA 3、三极管在放大状态工作在什么区？（） A、截止区 B、放大区 C、非线性区 D、饱和区 4、整流电源中的滤波电容的取值与负载有关，R*C取值？（） A、>（2~5）T/2 B、>（2~5）T/2 C、C=1000uF D、随意 5、单晶体管由于其震荡的特有特性常可用于（） A、放大特性 B、负阻特性 C、同步控制 D、震荡特性 6、我们经常可以看到，在电子产品中，有黑色的铝材，都是为了（C） A、美观 B、增加重量 C、便于散热 D、便于器件固定 7、运放工作正常的时候，其同相端和反相端的电压是（） A、6V B、1/2Vcc C、1/3Vcc D、1/4Vcc 8、差分电路中的射极电阻可以提高放大器的（） A、工模抑制比 B、差模电压增益 C、共模电压增益 D、输入信号的线性范围 9、反相器作放大器时，其上的反相电阻可以取（） A、100欧 B、1千欧 C、100千欧 D、1兆欧 10、共发射极放大电路中，Uce取多少才合适（） A、6V B、1/2 Vcc C、1/3Vcc D、1/4Vcc 11、为了改善组合逻辑电路由于竞争而出现冒险而影响后续电路的正常工作，下面哪项措施是不妥的（） A、增加选通门 B、换滤波器 C、选高速器件 D、消除卡诺图中的相切相
12、用CMOS非门制作的晶体振荡器中，没有信号输出，最易疏忽的是（） A、忘了换电容 B、震荡电容用了电解电容 C、忘了接反馈电阻 D、忘了接电容 13、设计多输出组合逻辑，既方便又经济的是采用（） A、门电路 B、译码器 C、数据选择器 D、CPLD 14、普通的单电压比较器，左转换点，可能出现来回振荡现象，解决的办法是（） A、提高比较电压 B、加负反馈 C、加正反馈 D、降低比较电压 15稳压二极管是利用它的（）特性 A、稳压特性 B、非线性 C、发光原理 D、单向导电特性 16、高频放大器通常工作在（） A、甲类 B、乙类 C、丙类 D、丁类 17、检波二极管是利用它的（）特性 A、稳压特性 B、非线性 C、发光原理 D、单向导电特性 18、做实验时常常不小心把电源短路了，但也没发现电源坏了，那是因为（） A、电源质量不好 B、有过压保护 C、有输出过载保护 D、运气好 19、OTL放大器通常工作在（） A、甲类 B、乙类 C、丙类 D、丁类 20、检波电路的后缀如果输入阻抗不够大，可能会出现（） A、惰性失真 B、滤波效果变差 C、限幅失真 D、负锋切割 21、在正交鉴频电路中，为了便于制作正交线圈，和降低成本，实际的正交线圈是一个（） A、纯电感 B、晶体 C、并有合适的电容 D、并了个电阻 22、差分电路中的恒流源可以提高放大器的（） A、工模抑制比 B、差模电压增益 C、共模电压增益 D、输入信号的线性范围 23、对于MCS-51系列单片机，内部RAM中堆栈指针SP的指针指向（）
电子技术课程设计 一、课程设计目的： 1．电子技术课程设计是机电专业学生一个重要实践环节，主要让学生通过自己设计并制作一个实用电子产品，巩固加深并运用在“模拟电子技术”课程中所学的理论知识； 2．经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、答辩等，加强在电子技术方面解决实际问题的能力，基本掌握常用模拟电子线路的一般设计方法、设计步骤和设计工具，提高模拟电子线路的设计、制作、调试和测试能力； 3．课程设计是为理论联系实际，培养学生动手能力，提高和培养创新能力，通过熟悉并学会选用电子元器件，为后续课程的学习、毕业设计、毕业后从事生产和科研工作打下基础。 二、课程设计收获： 1.学习电路的基本设计方法；加深对课堂知识的理解和应用。 2.完成指定的设计任务，理论联系实际，实现书本知识到工程实践的过渡； 3.学会设计报告的撰写方法。 三、课程设计教学方式： 以学生独立设计为主，教师指导为辅。 四、课程设计一般方法 1. 淡化分立电路设计，强调集成电路的应用 一个实用的电子系统通常是由多个单元电路组成的，在进行电子系统设计时，既要考虑总体电路的设计，同时还要考虑各个单元电路的选择、设计以及它们之间的相互连接。由于各种通用、专用的模拟、数字集成电路的出现，所以实现一个电子系统时，根据电子系统框图，多数情况下只有少量的电子电路的参数计算，更多的是系统框图中各部分电子电路要正确采用集成电路芯片来实现。
2. 电子系统内容步骤： 总体方案框图---单元电路设计与参数计算---电子元件选择---单元电路之间连接---电路搭接调试---电路修改---绘制总体电路---撰写设计报告(课程设计说明书) （1）总体方案框图： 反映设计电路要求，按一定信息流向，由单元电路组成的合理框图。 比如一个函数发生器电路的框图： （2）单元电路设计与参数计算---电子元件选择： ●基本模拟单元电路有：稳压电源电路，信号放大电路，信号产生电路，信号处理电 路（电压比较器，积分电路，微分电路，滤波电路等），集成功放电路等。 ●基本数字单元电路有：脉冲波形产生与整形电路（包括振荡器，单稳态触发器，施 密特触发器），编码器，译码器，数据选择器，数据比较器，计数器，寄存器，存储器等。
电子系统设计报告 设计题目：基于单片机的简易电压表设计 指导老师：///////// 专业班级：///////// 报告人姓名：/////////// (签名) 学号：////////// 信息工程学院通信工程教研室
摘要 数字电压表简称DVM，它是采用了数字化测量技术，把连续模拟量（直流输入电压）转换成不连续，离散的数字形式加以现实的仪表。传统的指针是电压表功能单一，精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高，抗干扰能力强，可扩展性强，集成方便，不可与PC进行实时通信。目前由各种单片机A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛的应用为电子及其电工的测量，工业自动化仪表，自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式，并加以显示，这有别于传统的指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉的疲劳，目前数字电压表的核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度。本设计主要分为两部分：软件仿真原理图及软件程序。而软件仿真又大体可分为单片机小系统电路、A/D转换电路、LCD显示电路，各部分电路的设计及原理将会在软件仿真设计部分详细介绍；程序的设计使用C语言编程，利用keil软件对其编译，详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。 关键字：数字电压表转换A/D转换器
目录 第一章绪论 (3) 第二章设计准备知识 (3) 2.1设计目的 (3) 2.2设计要求或内容 (3) 2.3设计软件及材料 (3) 2.3.1单片机软件开发工具keil介绍 (3) 2.3.2仿真软件protues介绍 (4) 2.3.3ADC0804 介绍 (4) 2.3.4液晶显示器 (4) 第三章整体设计过程 (4) 3.1设计思路 (4) 3.2模块分析 (5) 3.2.1AT89C51单片机 (5) 3.2.2A/D转换 (6) 3.2.3显示电路 (6) 3.3程序设计 (7) 3.3.1程序设计总方案 (7) 3.3.2系统子程序设计 (7) 3.4软件调试 (8) 第四章显示结果及误差分析 (8) 4.1 显示结果 (8) 4.2误差分析 (10) 第五章出现的问题及解决 (10) 5.1问题 (10) 5.2改进 (11) 第六章设计总结 (11) 第七章附件：（程序） (12) 7.1主程序 (12) 7.2SMC1602 (13) 7.3AD转换程序 (16)
第二届全国大学生光电设计竞赛竞赛细则 竞赛题目一：基于太阳能的光电导航搬运车 1.竞赛规则： 要求参赛队车辆从卸载区出发，经障碍区到装载区装载后将负载运输至卸载区，以在规定时间内赛车从装载区运送至卸载区的负载总重量计算竞赛得分。参赛队中运送重量最多的队获得竞赛分满分60分，其余队得分按其运送总重量比例递减。即，本队得分=60×本队运送重量/优胜队运送重量。 负载：磅秤用砝码，组委会统一提供足够数量的磅秤用砝码，种类配置为：0.5kg，1kg，2kg各若干。 比赛时间：每次比赛限时6分钟。比赛开始前及结束后赛车的任何部位均应在比赛区域之外。 要求采用光电技术设计赛车的避障导航系统，具体方法由各参赛队自定，并自带前进导航和避障系统到现场参加比赛。 0.2m+10%，可采用任意面积 赛车能源：必须全部来自太阳能，光伏电池面积不大于2 的聚光系统；不能采用蓄电池储能、稳压，比赛前须将电容和电感类放电完毕。 比赛采用淘汰制，具体分组由抽签决定。 赛场布置：重物装载区、卸载区、设置的障碍区及具体尺寸如图1所示。障碍物为标准的红白相间的交通路锥。竞赛场地为标准篮球场的水泥地。图中卸载区和装载区中间两米范围为操作范围。
图1 赛场示意图 注意事项： 1. 障碍物在比赛开始前由裁判在指定范围放置，比赛开始后任何参赛队员不得进入比赛场 地，队员只能在重物卸载区与重物装载区活动，进行重物的装载和卸载； 2. 跑出本赛道取消比赛资格。 3. 不能采用遥控方式。 4. 与小车脱离的导航装置可用外接电源。 5. 路线必须走8字，来回都必须穿越障碍物一次，回程不可重复来时路线（即不能走S 形） 可以走两个菱形代替8字。 6. 车辆抛锚，允许重新开始1次。抛锚前为运送到卸载区砝码不记为总重量？？不清楚 2. 评审指标和细则： 1) 理论评审指标： (1) 太阳能汽车如何高效利用太阳能； (2) 太阳能汽车如何实现准确光电导航； (3) 太阳能汽车如何实现载重能力和速度的最优设计。 2) 实物评审细则 (1) 展示分(满分10分) 主要考察：展板设计，导航装置的合理性和性价比，赛车各部分配置的合理性，电池板调整的方便灵巧性等。 (2) 竞赛成绩(满分60分) 按各参赛队的运送总量排序，运送最多的队得满分60分。其他队伍得分 60×= 第一名队伍运送总重量 本队运送总重量 所得分值 (3) 答辩评分(满分30分) 主要考察： l 整体评价(条理清楚、叙述完整、重点突出、时间把握合理) 5 l 对原理的叙述是否正确 3 l 创新性、光电知识的运用、设计特色、性价比、自制程度和工艺等 12 l 回答问题 10 3. 违规判罚 （1）没有按照规则要求正常行驶至终点者不计成绩。
基于FPGA的现代电子实验设计报告 ——数字式秒表设计（VHDL）学院：物理电子学院 专业： 学号： 学生姓名： 指导教师：刘曦 实验地点：科研楼303 实验时间：
摘要： 通过使用VHDL语言开发FPGA的一般流程，重点介绍了秒表的基本原理和相应的设计方案，最终采用了一种基于FPGA 的数字频率的实现方法。该设计采用硬件描述语言VHDL，在软件开发平台ISE上完成。该设计的秒表能准确地完成启动,停止,分段,复位功能。使用ModelSim 仿真软件对VHDL 程序做了仿真，并完成了综合布局布线，最终下载到EEC-FPGA实验板上取得良好测试效果。 关键词：FPGA，VHDL，ISE，ModelSim
目录 绪论 (4) 第一章实验任务 (5) 第二章系统需求和解决方案计划 (5) 第三章设计思路 (6) 第四章系统组成和解决方案 (6) 第五章各分模块原理 (8) 第六章仿真结果与分析 (11) 第七章分配引脚和下载实现 (13) 第八章实验结论 (14)
绪论： 1.1课程介绍： 《现代电子技术综合实验》课程通过引入模拟电子技术和数字逻辑设计的综合应用、基于MCU/FPGA/EDA技术的系统设计等综合型设计型实验，对学生进行电子系统综合设计与实践能力的训练与培养。 通过《现代电子技术综合实验》课程的学习，使学生对系统设计原理、主要性能参数的选择原则、单元电路和系统电路设计方法及仿真技术、测试方案拟定及调测技术有所了解；使学生初步掌握电子技术中应用开发的一般流程，初步建立起有关系统设计的基本概念，掌握其基本设计方法，为将来从事电子技术应用和研究工作打下基础。 本文介绍了基于FPGA的数字式秒表的设计方法，设计采用硬件描述语言VHDL ，在软件开发平台ISE上完成，可以在较高速时钟频率（48MHz）下正常工作。该数字频率计采用测频的方法，能准确的测量频率在10Hz到100MHz之间的信号。使用ModelSim仿真软件对VHDL程序做了仿真，并完成了综合布局布线，最终下载到芯片Spartan3A上取得良好测试效果。 1.2VHDL语言简介:
(1）电子系统设计的发展主要受以下两个技术的推动：?微电子技术——使得硅片单位面积上集成的晶体管数目越来越多。 计算机技术——软硬件技术的发展推动EＤＡ技术的发展。?(２) 集成电路设计都是从器件的物理版图设计入手 EDＡ技术发展的推动 ?（３) 出现集成电路单元库，集成电路设计进入逻辑级，极大地推动IＣ产业的发展。?电子系统是IＣ之间通过PCＢ板等技术进行互联来构成的。PCB板上IC芯片之间连线的延时、ＰＣB板的可靠性、ＰCB板的尺寸等因素，会对系统的整体性能造成很大的限制。 由ＩC互联构成的嵌入式系统设计 （4) ＩC互联构成的系统 (设计和工艺EDA技术） SOＣ——片上系统 ＳOC是指将一个完整产品的功能集成在一个芯片上或芯片组上。 SOC从系统的整体角度出发,以ＩＰ (Iｎｔeｌlectｕal prｏpertｙ)核为基础，以硬件描述语言作为系统功能和结构的描述手段，借助于以计算机为平台的EDA工具进行开发。由于SOC设计能够综合、全盘考虑整个系统的情况，因而可以实现更高的系统性能。ＳＯＣ的出现是电子系统设计领域内的一场革命，其影响将是深远和广泛的。 由SOC构成嵌入式系统设计:
ＩＣ:集成电路。?AＳIＣ：专用集成电路。 通用集成电路:ＦPGＡ、CＰLD等。 ＳOC:属于专用集成电路。 （1)ＳOＣ： 它是指将一个完整产品的各功能集成在一个芯片中，可以包括有CPＵ、存储器、硬件加速单元(AV处理器、DSP、浮点协处理器等)、通用Ｉ/Ｏ(ＧPIO）、UＡＲT接口和模数混合电路（放大器、比较器、A/Ｄ、D/A、射频电路、锁相环等)，甚至延伸到传感器、微机电和微光电单元。（如果把ＣPU看成是大脑,则ＳＯＣ就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。） SOC系统的构建一个重要特性： 使用可重用的ＩP来构建系统。可以缩短产品的开发周期,降低开发的复杂度。可重复利用的IP包括元件库、宏及特殊的专用ＩP等，如通信接口IP、输入输出接口ＩP;各家开发商开发的微处理器IP,如ARM公司的RISC架构的ＡRＭ核。ＳOC嵌入式系统就是微处理器的IP再加上一些外围IP整合而成的。SOC以嵌入式系统为核心，集软、硬件于一体，并追求最高的集成度，是电子系统设计追求的必然趋势和最终目标,是现代电子系统设计的最佳方案。SＯＣ是一种系统集成芯片,其系统功能可以完全由硬件完成,也可以由硬件和软件协同完成。目前的SＯC主要指后者。 SOC存在的问题： SoC初衷很好，但现实中却缺乏好的解决方案。由于是基于AＳIC实现SｏＣ系统，设计周期长、费用高昂、成功率不高而且产品不能修改显得系统的灵活性差，往往使得学术科研机构、中小企业难以承受。但是SｏC以系统为中心、基于IP核的多层次、高度复用,可实现软硬件的无缝结合,综合性高。?(２）片上可编程系统(ＳoPC—Systemｏｎａ Programmabｌe Chiｐ) ?SｏＰＣ是一种灵活、高效的SoC解决方案。它将处理器、存储器、I/O口、ＬVDS等系统需要的功能模块集成到一个PLD器件上，构成一
电子系统设计总结报告 题目：医院呼叫系统 班级： 组别：第四组 指导教师：张廷荣 设计时间
医院呼叫系统 一、引言 1. 选题意义 1.1 性价比 在此次课程设计中，选用的原件蜂鸣器、74LS147译码器、555定时器等，都是较常见和比较常用的，比较经济实惠，节约成本。因此，该方案设计的医院呼叫系统经济适用，成本合适，性价比较高。 1.2 EWB模拟仿真 EWB模拟仿真图如图1所示(见附录1)。 综上所述，呼叫器应用广泛，所需器件价格低，成本低，性价比高。经过EWB模拟仿真结果可得出，它具有可实行性。所以我们选则这个题目进行设计与制作。2. 设计目标 对于此课题，主要分为三个模块，一是采用74LS147为核心进行优先编码，设计优先编码模块，多人同时呼救时，危重病人优先被医治；二是采用555定时器与74LS192组成呼叫系统控制模块，三是呼叫提示系统，由二极管和蜂鸣器组成，病房病人呼叫即开关闭合时，二极管发光提示，蜂鸣器报警，持续5秒钟 3.小组成员及分工 二、作品说明 1.功能 此设计是用于医院病人的紧急呼叫，它的功能如下： 1.当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出5秒呼救声，等待医护人员来护理。 2.按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。 3.当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示其它病人编号。 2. 操作说明
此设计使用的的是四节1.5V干电池，放入电池槽中即可。病人在需要帮助时，只需按下与自己床位相对应的开关，医生便可获知病人相应的床位信息 三、基本原理 1. 原理图 (1) 方案呼叫系统电路原理框图如图2所示。 图2医院呼叫系统电路的原理框图 对于此课题，主要分为三个模块，一是采用74LS147为核心进行优先编码，设计优先编码模块，多人同时呼救时，数码管按优先级显示病人病房编号，危重病人优先被医治；二是采用555定时器与74LS192组成呼叫系统控制模块，控制呼叫提示系统；三是呼叫提示系统，由二极管和蜂鸣器组成，病房病人呼叫即开关闭合时，二极管发光提示，蜂鸣器报警，持续5秒钟。 (2) 电路原理图如图3所示(见附录2) 2.工作原理 (1) 直流电源 将四节电压为1.5V的干电池串联起来，为整个电路提供电压。 (2)呼叫控制模块 利用由555定时器和外接元件R 1、R 2 、C构成多谐振荡器，长时间的振震荡 信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件以及计数器74LS192，可将振荡时间准确的控制在要求的8秒钟 每次呼叫时长：T=(R1+2R2)×C1×Ln2×8 =（15+2×68）×0.00001×Ln2×8= 8s 呼叫控制电路原理图如图3所示：
电子系统设计的基本原则和设计方法 一、电子系统设计的基本原则： 电子电路设计最基本的原则应该使用最经济的资源实现最好的电路功能。具体如下： 1、整体性原则 在设计电子系统时，应当从整体出发，从分析电子电路整体内部各组成元件的关系以及电路整体与外部环境之间的关系入手，去揭示与掌握电子系统整体性质，判断电子系统类型，明确所要设计的电子系统应具有哪些功能、相互信号与控制关系如何、参数指标在那个功能模块实现等，从而确定总体设计方案。 整体原则强调以综合为基础，在综合的控制与指导下，进行分析，并且对分析的结果进行恰当的综合。基本的要点是：（1）电子系统分析必须以综合为目的，以综合为前提。离开了综合的分析是盲目的，不全面的。（2）在以分析为主的过程中往往包含着小的综合。即在对电子系统各部分进行分别考察的过程中，往往也需要又电子局部的综合。（3）综合不许以分析为基础。只有对电子系统的分析了解打到一定程度以后，才能进行综合。没有详尽以分析电子系统作基础，综合就是匆忙的、不坚定的，往往带有某种主管臆测的成分。 2、最优化原则 最优化原则是一个基本达到设计性能指标的电子系统而言的，由于元件自身或相互配合、功能模块的相互配合或耦合还存在一些缺陷，使电子系统对信号的传送、处理等方面不尽完美，需要在约束条件的限制下，从电路中每个待调整的原器件或功能模块入手，进行参数分析，分别计算每个优化指标，并根据有忽而
指标的要求，调整元器件或功能模块的参数，知道目标参数满足最优化目标值的要求，完成这个系统的最优化设计。 3、功能性原则 任何一个复杂的电子系统都可以逐步划分成不同层次的较小的电子子系统。仙子系统设计一般先将大电子系统分为若干个具有相对独立的功能部分，并将其作为独立电子系统更能模块；再全面分析各模块功能类型及功能要求，考虑如何实现这些技术功能，即采用那些电路来完成它；然后选用具体的实际电路，选择出合适的元器件，计算元器件参数并设计个单元电路。 4、可靠性与稳定性原则 电子电路是各种电气设备的心脏，它决定着电气设备的功能和用途，尤其是电气设备性能的可靠性更是由其电子电路的可靠性来决定的。电路形式及元器件选型等设计工作，设计方案在很大程度上也就决定可靠性，在电子电路设计时应遵循如下原则：只要能满足系统的性能和功能指标就尽可能的简化电子电路结构；避免片面追求高性能指标和过多的功能；合理划分软硬件功能，贯彻以软代硬的原则，使软件和硬件相辅相成；尽可能用数字电路代替模拟电路。影响电子电路可靠性的因素很多，在发生的时间和程度上的随机性也很大，在设计时，对易遭受不可靠因素干扰的薄弱环节应主动地采取可靠性保障措施，使电子电路遭受不可靠因素干扰时能保持稳定。抗干扰技术和容错设计是变被动为主动的两个重要手段。 5、性能与价格比原则 在当今竞争激烈的市场中，产品必须具有较短的开发设计周期，以及出色的性能和可靠性。为了占领市场，提高竞争力，所设计的产品应当成本低、性能好、
第四届全国大学生光电设计竞赛正式赛题 第四届全国大学生光电设计竞赛正式赛题1 竞赛题目：基于光电导航的智能移动测量小车 竞赛说明：设计一辆具有光电导航功能的智能车，要求从线路的指定点出发，沿轨道上铺设的“8”字形导航条走完全程。在行走过程中，利用光电技术测量、记录沿途所通过隧道的数目、各段隧道的长度及沿途路边树木的棵数。 竞赛规则： 1) 智能车平台：自选，横向宽度不大于赛道宽度。 2) 比赛场地：室内体育场，地面颜色为深绿色，赛场面积：15×11m2。 3) 赛道：宽0.5m，整体为“8”字形；沿途随机设置一定数量硬质薄板制作的隧道和红色中华铅笔代表的树木，隧道内表面为黑色。隧道净高50cm，内表面与赛道内缘等宽；沿整个赛道的总树木数不超过20棵。 4) 赛道中间贴有3cm宽的白色导航胶带。 5) 采用分组分轮次淘汰的竞赛规则。分组采用分区抽签方式确定，同一高校参赛队分配在不同分区。 6) 导航和测量要采用光电技术，禁用遥控方式或在赛场内自行设置智能车行驶路线导航标记。 7) 参赛队小车在赛道中的起终点由裁判随机指定，参赛队可自带起、终点判断标识物。 8) 要利用智能车自带的显示器显示出测得的树木数、隧道数和各段隧道的长度。 评分规则：竞赛分75分 1) 树木棵树计数错误，算一次比赛，但不计成绩。 2) 车体任何部位出赛道外边缘需将赛车拿回到起点重新开始，算一次违规，赛 时累计。违规2次后，当次比赛结束，不计成绩。 3) 每轮比赛，每队比赛两次，分别按照隧道测量精度（相对误差，取绝对值） 和速度进行排名。第1名得0点，第2名得2点，其余依次增加1点。比赛成绩为速度和精度得点数之和，总点数小者优胜。取两次比赛中成绩好的一次为本轮比赛的竞赛成绩。。竞赛第1名得竞赛满分75分，第二名得72分，第三名70分，其余名次依次减1分。方案分25分 竞赛成绩前16名的参赛队要在竞赛结束后对本队设计方案进行答辩。专家组将根据方案的新颖性、合理性、制作成本等因素综合判断对答辩对进行排名。第1名得25分，最后一名得10分。其余名次依次相差1分。 竞赛总分=竞赛分+方案分 第四届全国大学生光电设计竞赛正式赛题2 竞赛题目：复杂表面物体体积的非接触光学测量竞赛说明： 本赛题要求参赛队利用光电法构建测量装置，非接触测量一个橡皮泥制作的棱锥的体积。测量速度快、精度高者获胜。竞赛规则： 1）体积测量精度以被测模型排开水的重量为标准进行评判。 2）被测棱锥底部为平面，各棱面均为缓变表面，无深度凹陷；棱锥体各维的尺 度约5cm，被测棱锥形状由同组其他参赛队现场制作成形。 3）每队可测量两次，每次测量时间不超过10分钟。 4）测量过程中，不可将被测物体放入其他容器中。